实验八-迈克尔逊干涉仪测量He-Ne激光波长

PAGEPAGE4实验8迈克尔逊干涉仪测量He-Ne激光波长（306）一、实验目的：1、了解迈克尔逊干涉仪的结构、原理和调节使用方法；2、了解光的干涉现象；观察、认识、区别等倾干涉3、掌握用迈克尔逊干涉仪测He－Ne激光的波长的方法。二、实验仪器迈克耳逊干涉仪；He－Ne激光器三、实验原理图3点光源非定域干涉2θM2如图2示，从光源S发出的光束射向分光板G1，被G1底面的半透半反膜分成振幅大致相等的反射光1和透射光2，光束１被动镜M2再次反射回并穿过G1到达E；光束2穿过补偿片G2后被定镜M1反射回，二次穿过G2到达G1图3点光源非定域干涉2θM2由M１反射回来的光波在分光板G１的第二面上反射时，如同平面镜反射一样，使M１在M２附近形成M１的虚像M，因而光在迈克尔逊干涉仪中自M２和M１的反射相当于自M２和M１′的反射。由此可见，在迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉与空气薄膜（M２和M１′之间所夹）所产生的干涉是等效的。当M２和M１′平行时(此时M１和M２严格互相垂直)，将观察到环形的等倾干涉条纹。一般情况下，M２和M１′形成一空气劈尖，因此将观察到近似平行的等厚干涉条纹。单色光的等倾干涉激光器发出的光波长为λ，经凸透镜L后会聚S点。S点可看做一点光源，经G１、M１、M２′的反射，也等效于沿轴向分布的2个虚光源S１′、S２′所产生的干涉。因S１′、S２′发出的球面波在相遇空间处处相干，所以观察屏E放在不同位置上，均可看到干涉条纹，故称为非定域干涉。当E垂直于轴线时(见图2)，调整M１和M２的方位使相互严格垂直，则可观察到等倾干涉圆条纹。迈克尔逊干涉仪所产生的环形等倾干涉圆条纹的位置取决于相干光束间的光程差，而由M２和M１反射的两列相干光波的光程差为δ＝2dcosθ……（1）其中θ为反射光⑴在平面镜M２上的入射角。由干涉明纹条件有2dcosθｋ＝kλ……（2）(考虑到θ较小，)（1）d、λ一定时，若θ=0，光程差δ=2d最大，即圆心所对应的干涉级次最高，从圆心向外的干涉级次依次降低；（2）k、λ一定时，若d增大，θ随之增大，可观察到干涉环纹从中心向外“涌出”，干涉环纹逐渐变细，环纹半经逐渐变小；当d增大至光源相干长度一半时，干涉环纹越来越细，图样越来越小，直至消失。反之，当d减小时，可观察到干涉环纹向中心“缩入”。当d逐渐减小至零时，干涉环纹逐渐变粗，干涉环纹直经逐渐变大，至光屏上观察到明暗相同的视场。附图1d变化时，等倾干涉条纹的变化特征（3）对θ=0的明条纹，有：δ=2d=kλ可见每“涌出”或“附图1d变化时，等倾干涉条纹的变化特征③测钠光D双线的平均波长（选做）：（1）先调仪器零点，方法如上（略）。（2）移动M２镜，使视场中心的视见度最小，记录M２镜的位置；沿原方向继续移动M２镜，使视场中心的视见度由最小到最大直至又为最小，再记录M２镜位置，连续测出5个视见度最小时M２镜位置。（3）用逐差法求Δd的平均值，计算D双线的波长差：（4）与标准值进行比较。3、观察白光的等厚干涉条纹将钠光灯换成日光灯，在等倾干涉基础上，移动M２镜，使干涉环由细密变粗疏，直到整个视场条纹变成等轴双曲线形状时，说明M２与M１′接近重合。当M２与M１′达到“零程”时，在M２与M１′的交线附近就会出现彩色条纹。再极小心地旋转微调手轮找到中央条纹，其两侧对称分布着红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的彩色条纹。记录观察到的条纹形状和颜色分布。细心调节水平及垂直拉簧螺丝，使M２与M１′有一很小夹角（形成楔形空气膜层），视场中便出现等厚干涉的直条纹，观察和记录条纹的形状、特点。附图2：迈克尔逊干涉仪产生的等厚干涉条纹及M1和M2的相应位置五、注意事项1、迈克尔逊干涉仪系精密光学仪器，使用时应注意防尘、防震；不要对着仪器说话、咳嗽等；测量时动作要轻、缓，尽量使身体部位离开实验台面，以防震动；不能触摸光学元件光学表面。2、激光管两端的高压引线头是裸露的，且激光电源空载输出电压高达数千伏，要警惕误触。测量过程中要防止回程误差。测量时，微调鼓轮只能沿一个方向转动（必须和大手轮转动方向一致），否则全部测量数据无效，应重新测量。。激光束光强极高，切勿用眼睛对视，防止视网膜遭受永久性损伤。5、实验完成后，不可调动仪器，要等老师检查完数据并认可后才能关机。关机时，应先将高压输出电流调整为最小，再关电源。六、数据处理七、误差分析八、附原始数据记录表格（注：作实验时记录在原始数据上用）1、数据记录表格